CN113860831A - 一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖及其制备方法 - Google Patents

一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖及其制备方法，属于固体废弃物处理与资源化利用领域，属于固体废弃物处理与资源化利用领域，可解决市政污泥在干化过程中高成本的问题，包括如下质量份数的组分：市政污泥30‑50份、电石渣15‑25份、粉煤灰35‑45份、脱硫石膏1‑5份、标准砂10‑15份。本发明不仅可以极大程度上消化降解市政污泥，而且可以对‘大宗固废’进行综合利用，符合低碳循环发展的经济理念；本发明的利用一定含水率污泥及免烧工艺，有利于降低能耗以及烧制工艺所带来的环境问题，符合节能减排的要求；本专利所制环保污泥免烧砖抗压强度高、耐久性好。

Description

一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖及 其制备方法
技术领域
本发明属于固体废弃物处理与资源化利用领域，具体涉及一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖及其制备方法。
背景技术
市政污泥是城市污水处理厂在废水处理过程中产生的一种生物质残片，脱水后含水率仍高达85%，组分复杂，一般含有病原菌、寄生虫、有机物及重金属等物质。截至2019年底，污水处理能力达到1.9×104万吨/日，污泥产生量达到7625万吨/年，大量的污泥产生，将引起新的环境问题，如若处置不当，带来的环境问题将掩盖水处理带来的环境效益。
土地利用由于受污泥中重金属及在堆肥过程中会散发恶臭气味的影响，一直未得到很好发展；焚烧能够在短时间内消纳掉大量的污泥，但经济成本太高，且在焚烧的过程中产生危险废物飞灰和有害化学气体二噁英等；卫生填埋是我国处理污泥最主要的方式，但这对土地资源会造成大量的浪费及后期可修复性差。截至2020年，我国将禁止污泥进行填埋处理，如何处理大量的污泥成为了当务之急。
与上述几种方式对比，市政污泥因其自身也含有15%~20%的硅铝成分，这使得将其建材化利用变为可能；市政污泥建材化利用不仅可以将市政污泥资源化处理得到环保污泥免烧砖，而且也符合现行的国家政策，最终实污泥的“减量化、稳定化、无害化、资源化”。
粉煤灰、电石渣、脱硫石膏是燃煤电厂生产的副产物，其中粉煤灰和电石渣中含有大量的硅、铝成分，容易产生胶凝反应，同时脱硫石膏提供SO4 2-，对于粉煤灰中的硅铝成分有活化作用，加深其胶凝反应程度，可以利用其与市政污泥制得污泥免烧砖。
在公开号为CN107473661A的发明专利中，以市政污泥、粉煤灰、水泥、碱类激发剂、减水剂等原料制备了免烧砖。该工艺方法污泥掺量较低，只有25%左右，虽然一定程度上消耗了污泥，但利用率不高，有必要进一步优化。
在公开号为CN111196700A的发明专利中，以污泥、生活垃圾焚烧炉渣、水泥、固化剂等原料制备了免烧砖。该工艺方法中在水泥添加量已经超过污泥添加量下，所制得免烧砖强度仍然较低，均值在8MPa，应用范围受限，不利于生产推广。
在公开号为CN111410541A的发明专利中，以污泥、渣土为主要原料制备污泥砖。该工艺方法较为繁琐，既需要将污泥进行造粒，同时还要进行烧制工艺，大幅度增加了污泥砖的生产成本，不利于市政污泥的节能环保处理理念。
发明内容
本发明为解决上述问题，以一定含水率市政污泥和煤基固废料作为主要原料，生产一种强度高、耐久性良好、稳定无污染的环保污泥免烧砖；还提供了一种利用污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖的方法，进一步克服了市政污泥在干化过程中高成本的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖，包括如下质量份数的组分：市政污泥30-50份、电石渣15-25份、粉煤灰35-45份、脱硫石膏1-5份、标准砂10-15份。
进一步地，所述市政污泥的含水率为50-80%。
进一步地，所述电石渣的粒径在0.1mm以下。
进一步地，所述粉煤灰的粒径在0.08mm以下。
进一步地，所述脱硫石膏的平均粒径在0.08mm以下。
一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖的制备方法，包括如下步骤：
第一步，将污水处理厂取回的市政污泥经过化学脱水及自然晾晒处理至含水率50-80%之间备用；
第二步，将电石渣、粉煤灰、脱硫石膏烘干粉磨，过200目筛，得到原料粉末；
第三步，按比例称取各组分；
第四步，将第三步称取各组分，混合均匀后加入标准砂，搅拌均匀；
第五步，将第四步得到的混合原料置于通风处，陈化2-5h，期间翻动3-4次；
第六步，砖坯成型，在压力试验机上压制成型，成型压力为35-45MPa，保压时间15-25s，负载速率为1kN/s；
第七步，脱模取样，同样用压力试验机与模具槽方向脱模，得到污泥砖样品；
第八步，将第七步得到的样品置于35-45℃下，湿度90%以上养护，得到最终成品。
本发明的有益效果如下：
本发明不仅可以极大程度上消化降解市政污泥，而且可以对‘大宗固废’进行综合利用，符合低碳循环发展的经济理念；本发明的利用一定含水率污泥及免烧工艺，有利于降低能耗以及烧制工艺所带来的环境问题，符合节能减排的要求；本发明所制环保污泥免烧砖抗压强度高、耐久性好。
本发明以一定含水率市政污泥和粉煤灰、电石渣为主要原料，脱硫石膏和标准砂为重要辅料，充分利用市政污泥本身含水，并可有效固化污泥中的重金属，14d养护后强度可达到MU15等级，吸水率≤20%。
本发明模拟酸雨（pH=5.6）情况下污泥免烧砖重金属溶出实验，重金属浸出量均满足国家标准GB5085.3-2007。
本发明对不同养护时期下养护水体进行重金属检测，其均值满足《地表水环境质量标准》（GB3838．2002）Ⅳ类，排放标准满足《污水综合排放标准》（GB 20426-2006）三级标准。Ⅳ类：一般适用于一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水区。
附图说明
图1为本发明制备流程图。
图2为本发明设备流程图。
具体实施方式
本发明中，标准砂的配比参考国家标准GB/T17671-1999配制。
实施例1
一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖，所述免烧砖是由下述原料组成：市政污泥为30 (含水率在50%)重量份，电石渣20重量份，粉煤灰45重量份，脱硫石膏5重量份，标准砂10重量份。其中，50%含水率市政污泥是由经过简单化学脱水及自然晾晒1～2d所制得。多组分胶凝料的混合，所取粉煤灰粒径在0.08mm以下、电石渣在0.1mm以下、脱硫石膏在0.08mm以下，称取上述所述重量份，充分搅拌至均匀。混料：将上述市政污泥与多组分胶凝料依次放入搅拌器里，搅拌2分钟后取出，放于通风良好处陈化2小时。
成型：将混合好的物料放入Φ100*51mm的模具中，放置到压力试验机上压制成型。压制过程中均匀载荷1KN，达到预定成型压力时保压15s，同样用试验机与制定模具槽反向脱模，制得污泥砖试块。养护：上述成型的样品放于25℃、湿度90%的养护箱内养护至14d，即可获得最终产品。所得成品进行抗压强度测试，强度平均值均在15MPa以上，吸水率≤17%，软化系数在0.80以上。
该实施例制备的成品的重金属浸出数据如下表所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实施例2
一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖，所述免烧砖是由下述原料组成：市政污泥为30 (含水率在60%) 重量份，电石渣15重量份，粉煤灰40重量份，脱硫石膏5重量份，标准砂10重量份。其中，60%含水率市政污泥是由经过简单化学脱水及自然晾晒1～2d所制得。多组分胶凝料的混合，所取粉煤灰粒径在0.08mm以下、电石渣在0.1mm以下、脱硫石膏在0.08mm以下，称取上述所述重量份，充分搅拌至均匀。混料：将上述市政污泥与多组分胶凝料依次放入搅拌器里，搅拌2分钟后取出，放于通风良好处陈化2小时。
养护：上述成型的样品放于45℃、湿度90%的养护箱内养护至14d，即可获得最终产品。所得成品进行抗压强度测试，强度平均值均在11MPa以上，吸水率≤20%，软化系数在0.80以上。
实施例3
一种利用污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖，所述免烧砖是由下述原料组成：市政污泥为35 (含水率在70%) 重量份，电石渣15重量份，粉煤灰38重量份，脱硫石膏5重量份，标准砂10重量份。其中，70%含水率市政污泥是由经过简单化学脱水及自然晾晒1～2d所制得。多组分胶凝料的混合，所取粉煤灰粒径在0.08mm以下、电石渣在0.1mm以下、脱硫石膏在0.08mm以下，称取上述所述重量份，充分搅拌至均匀。混料：将上述市政污泥与多组分胶凝料依次放入搅拌器里，搅拌2分钟后取出，放于通风良好处陈化2小时。
养护：上述成型的样品放于45℃、湿度90%的养护箱内养护至14d，即可获得最终产品。所得成品进行抗压强度测试，强度平均值均在8MPa以上，吸水率≤22%，软化系数在0.80以上。
本发明实施例1-3制备的成品不同养护时期对养护水体重金属检测，如下表所示。
Figure 381603DEST_PATH_IMAGE002

Claims (6)

1.一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖，其特征在于：包括如下质量份数的组分：市政污泥30-50份、电石渣15-25份、粉煤灰35-45份、脱硫石膏1-5份、标准砂10-15份。
2.根据权利要求1所述的一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖，其特征在于：所述市政污泥的含水率为50-80%。
3.根据权利要求2所述的一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖，其特征在于：所述电石渣的粒径在0.1mm以下。
4.根据权利要求3所述的一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖，其特征在于：所述粉煤灰的粒径在0.08mm以下。
5.根据权利要求4所述的一种利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖，其特征在于：所述脱硫石膏的平均粒径在0.08mm以下。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的利用市政污泥和多组分煤基固废制备环保污泥免烧砖的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，将污水处理厂取回的市政污泥经过化学脱水及自然晾晒处理至含水率50-80%之间备用；
第二步，将电石渣、粉煤灰、脱硫石膏烘干粉磨，过200目筛，得到原料粉末；
第三步，按比例称取各组分；
第四步，将第三步称取各组分，混合均匀后加入标准砂，搅拌均匀；
第五步，将第四步得到的混合原料置于通风处，陈化2-5h，期间翻动3-4次；
第六步，砖坯成型，在压力试验机上压制成型，成型压力为35-45MPa，保压时间15-25s，负载速率为1kN/s；
第七步，脱模取样，同样用压力试验机与模具槽方向脱模，得到污泥砖样品；
第八步，将第七步得到的样品置于35-45℃下，湿度90%以上养护，得到最终成品。
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